建材城內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的成分與健康效應(yīng)研究

摘要：研究了北京某建材城內(nèi)不同地點(diǎn)VOCs的組分和濃度，通過FEP膜氣體采樣袋采集建材城內(nèi)VOCs樣品，利用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)量樣品中VOCs含量，通過美國環(huán)境保護(hù)局（EPA）健康風(fēng)險(xiǎn)模型來評(píng)估此建材城內(nèi)環(huán)境內(nèi)有毒VOCs的健康風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果顯示表明，建材城內(nèi)不同的場(chǎng)館內(nèi)VOCs組分和濃度有所不同，室內(nèi)的TVOCs濃度普遍的高于室外TVOCs的濃度，此外對(duì)有毒物質(zhì)苯系物檢測(cè)，結(jié)果顯示建材城內(nèi)環(huán)境苯系物平均濃度為3.7-64.9μg/m3之間，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。EPA健康風(fēng)險(xiǎn)模型評(píng)估顯示，北京某建材城內(nèi)苯的致癌風(fēng)險(xiǎn)值遠(yuǎn)高于EPA制定的安全限值（1.00×10-6），如果人們長(zhǎng)期在此環(huán)境中生活、工作，將會(huì)有一定的致癌風(fēng)險(xiǎn)，因此需要對(duì)該環(huán)境采取措施。

關(guān)鍵詞：室內(nèi);家具城;揮發(fā)性有機(jī)化學(xué)物質(zhì)（VOCs）;健康效應(yīng)

一、引言

揮發(fā)性有機(jī)物VOCs（volatile organic compounds）是指在大氣中廣泛存在的具有揮發(fā)性的有機(jī)化合物。VOCs的重要性體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：環(huán)境效應(yīng)、氣候效應(yīng)和健康效應(yīng)。首先，VOCs能與大氣中的氧化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在一定條件下生成以高濃度臭氧為主要特征的光化學(xué)煙霧;其次，VOCs是二次有機(jī)氣溶膠（SOA）的重要前體物，在部分城市地區(qū)SOA能占到顆粒物的60%以上[1]，而顆粒物在一定程度上能夠影響輻射，進(jìn)而影響到全球氣候變化[2]。最后，VOCs中的某些化合物可以直接影響到人的身體健康。例如，人體一旦接觸了這些過量的甲醛、苯、甲苯等有毒有害VOCs，將會(huì)對(duì)人體造成致畸、致癌、致突變的影響。如果人體一旦吸入濃度過高的VOCs，更有可能會(huì)出現(xiàn)頭痛、嘔吐、昏迷等一些中毒的癥狀[3]。根據(jù)這些情況，人們開展了越來越廣泛的關(guān)于VOCs的研究。然而，目前的大部分關(guān)于VOCs的研究主要集中在環(huán)境和氣候方面，而針對(duì)人體健康的相關(guān)研究較少，特別是針對(duì)具體環(huán)境室內(nèi)的VOCs健康影響的研究偏少，基于以上情況，本文重點(diǎn)關(guān)注北京城內(nèi)市民常接觸的數(shù)個(gè)家具城的室內(nèi)VOCs濃度、組分和健康影響評(píng)估。

二、方法和流程

三、材料及實(shí)驗(yàn)方法

將采樣袋中的樣品冷凍濃縮在預(yù)濃縮儀（ Entech 7200A）中，然后再將樣品加熱氣化，在氦載氣的推動(dòng)下，樣品進(jìn)入色譜儀（GC） 的毛細(xì)柱得到分離，隨后進(jìn)入質(zhì)譜檢測(cè)器 （MSD） 檢測(cè).

色譜條件： 色譜柱采用HP-5MS 非極性毛細(xì)管柱（ 60m×0.25mm×0.25μm） ，初始溫度為-35℃，停留5 min，以8℃min-1的速率升到100℃停留1 min，然后以15 ℃min-1的速率升到250℃，全程運(yùn)行32 min; 以高純氦氣（ 99. 999%） 作為載氣，恒壓模式，柱前壓137kPa; 傳輸線溫度為200℃.

質(zhì)譜條件：質(zhì)譜檢測(cè)器的離子源類型為電子轟擊電離（ EI） ，電離能量為70eV，離子源溫度200℃，電子倍增器電壓為1480v，掃描方式為全掃描，范圍為20 u～ 200 u.

（一）采樣點(diǎn)確定

根據(jù)不同場(chǎng)館各個(gè)商場(chǎng)的結(jié)構(gòu)，分別在不同的區(qū)域（窗簾賣家附近、瓷磚賣家附近、油漆涂料賣家附近、實(shí)木門板材附近、五金市場(chǎng)附近以及室外等），利用經(jīng)測(cè)試無揮發(fā)的采樣泵與FEP膜采樣氣袋進(jìn)行收集。本次共采集樣品數(shù)量為14個(gè)，其中室內(nèi)樣品有12個(gè)，室外樣品有2個(gè)。

（二）樣品采集

VOCs樣品的采集是利用FEP膜氣袋來完成的，具體如下圖

（三）健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

癌癥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

采用美國環(huán)境保護(hù)局（EPA）健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，計(jì)算方法：評(píng)價(jià)模型公式致癌風(fēng)險(xiǎn)（Cancer Risk）是平均日暴露量 LADD與致癌因子PF（斜率因子）的乘積，即Cancer Risk=LADD×PF。其中PF是參照美國環(huán)境保護(hù)署提出的致癌風(fēng)險(xiǎn)斜率因子;LADD可以通過以下公式計(jì)算：LADD=CA×IR×ET×EF×ED/BW×LT。公式中：LADD平均日暴露量（mg/kg·d）;CA：空氣中的污染物濃度（mg/m3）;IR：呼吸速率（m3/h，m3/d）;ET：暴露時(shí)間（h/d）;EF：暴露頻率（d/y）;ED：暴露持續(xù)時(shí)間（y）;BW：體重（kg）;LT終生時(shí)間特定暴露路徑下的非致癌效果（ED×365d/y）和美國環(huán)境保護(hù)署定義 70 年作為壽命周期內(nèi)的致癌效果（70y×365d/y）。在本文中，我們假設(shè)每天工作時(shí)間為11小時(shí)（10：00-21：00），全年工作260天，工作30年，其中體重采用的是平均體重為65kg，呼吸速率為0.83m3/h[4]。

四、結(jié)果與分析

（一）建材市場(chǎng)的室內(nèi)外VOCs濃度水平和組分特征

1.VOCs的組分特征

在北京市的四個(gè)建材市場(chǎng)中共檢測(cè)出94種VOCs，并對(duì)其中93種物質(zhì)進(jìn)行了定量分析，其中包括烷烴27種，鹵代烴27種，芳香烴16種，烯烴12種，O-VOCs11種。其每組分濃度見下表：

根據(jù)表格可以發(fā)現(xiàn)，美聯(lián)建材，居然之家，十里河燈具市場(chǎng)，民樂建材市場(chǎng)和室外空氣的總VOCs的濃度分別為91.45×10-9（v/v），68.96×10-9，39.64×10-9，107.59×10-9和44.09×10-9。由于VOCs的來源廣泛，各建材城內(nèi)出售材料和通風(fēng)情況各異，因此各室內(nèi)的組分所占比例也大不相同。針對(duì)建材市場(chǎng)均值而言，烷烴組分所占比例最高，平均濃度為23.40×10-9，油漆涂料是芳香烴的主要來源[54]，因此芳香烴的平均濃度略低于烷烴，為23.02×10-9，鹵代烴一般用于試劑和膠水中，因此其濃度平均也偏高為13.18×10-9 ，含氧有機(jī)物和烯烴的所占比例較低，其平均濃度分別為8.90×10-9和8.41×10-9。由于該建材點(diǎn)處于市中心地區(qū)，也是室內(nèi)最大的建材銷售地區(qū)，故采樣點(diǎn)外車輛較多，在一定程度上也會(huì)影響室外VOCs的濃度。室外樣品VOCs組分濃度由高到低依次為烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴及OVOC的平均體積分?jǐn)?shù)濃度分別為13.7×10-9，5.33×10-9，12.17×10-9，6.39×10-9以及6.41×10-9。其中，含量最高和含量最低的物種類別分別為：烷烴和烯烴。平均濃度占VOCs總濃度的31.3%，和12.1%，芳香烴、鹵代烴和OVOC含量居中，分別占27.6%，14.5%和14.5%。

2. 各站點(diǎn)濃度最高物種情況

本次實(shí)驗(yàn)分別在五個(gè)采樣點(diǎn)（燈飾市場(chǎng)、美聯(lián)建材市場(chǎng)、居然之家、民樂建材市場(chǎng)和室外環(huán)境）進(jìn)行采樣。對(duì)各個(gè)采樣點(diǎn)含量前十的VOCs進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，情況見下圖。

從圖中可知，民樂建材市場(chǎng)前十物質(zhì)總濃度為69.11ppb，在五個(gè)采樣點(diǎn)中最高，其次為美聯(lián)建材市場(chǎng)，VOCs總濃度為64.34ppb，居然之家排名第三，VOCs總濃度為46.72ppb，燈飾市場(chǎng)排名第四，VOCs總濃度為26.22 ppb，室外空氣VOCs含量最低，為24.05ppb。根據(jù)數(shù)據(jù)濃度可以計(jì)算出美聯(lián)建材市場(chǎng)內(nèi)濃度排名前十的VOCs濃度占TVOCs的70.36%，居然之家內(nèi)濃度排名前十的VOCs濃度占TVOCs的67.75%，燈具市場(chǎng)內(nèi)濃度排名前十的VOCs濃度占TVOCs的66.15%，民樂建材市場(chǎng)內(nèi)濃度排名前十的VOCs濃度占TVOCs的64.23%，室外空氣內(nèi)濃度排名前十的VOCs濃度占TVOCs的54.55%。不同采樣點(diǎn)的前十物質(zhì)極其濃度見下圖。

值得注意的是，濃度最高的前十物質(zhì)主要以苯系物和烷烴為主，其中明樂建材市場(chǎng)內(nèi)的TVOCs濃度最高，其前十物質(zhì)為：甲苯、異丁烷、乙烯、丁烷、異戊烷、二氯甲烷、間對(duì)二甲苯、丙酮、鄰二甲苯、丁烯酮，其甲苯的濃度超過15ppb，該濃度遠(yuǎn)高于室外甲苯濃度，這說明該市場(chǎng)中有甲苯的來源。民樂建材市場(chǎng)中苯含量也較高，二者可能有相同的來源。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)美聯(lián)建材市場(chǎng)中甲苯濃度為室外空氣中甲苯濃度的4.17倍，造成該現(xiàn)象的原因初步分析為美聯(lián)建材市場(chǎng)的一個(gè)氣體樣本為油漆涂料賣家附近空氣樣本，所以甲苯含量會(huì)略高。民樂建材市場(chǎng)的VOCS濃度極高，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的觀察，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)內(nèi)缺少通風(fēng)口，造成VOCs在相對(duì)密閉的體系中大量聚集，相反，居然之家每層樓內(nèi)都配備有充足的通風(fēng)口，所以相對(duì)民樂建材市場(chǎng)，居然之家的VOCs總濃度相對(duì)較少。燈飾市場(chǎng)的室內(nèi)VOCs濃度與室外情況十分近似，主要因?yàn)闊麸椀任锛尫诺腣OCs較少，此外，該市場(chǎng)同室內(nèi)與室外的聯(lián)通十分緊密，通風(fēng)較好。所以我們發(fā)現(xiàn)燈飾市場(chǎng)內(nèi)VOCs濃度排名前十的氣體種類與室外VOCs濃度排名前十的氣體種類幾乎重合。但由于室外環(huán)境的各類VOCs濃度的主要影響因素為戶外汽車尾氣排放，而燈飾市場(chǎng)中各類VOCs的濃度主要影響因素為燈飾材料的揮發(fā)，所以二者中各類VOCs的濃度有所差別。

3. 各站點(diǎn)苯系物濃度和其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

前文所述，我們測(cè)量了93種VOCs，我們更想了解下其中有毒有害物質(zhì)的具體濃度，我們通過查詢文獻(xiàn)和調(diào)研國家標(biāo)準(zhǔn)，了解到目前針對(duì)VOCs的健康影響，國家標(biāo)準(zhǔn)只有苯、甲苯和二甲苯，標(biāo)準(zhǔn)分別為小時(shí)平均濃度低于110μg/m3、200μg/m3和200μg/m3。因此，我們對(duì)采樣點(diǎn)的苯系物物質(zhì)檢測(cè)，其具體的濃度見下圖。

從以上結(jié)果中，我們發(fā)現(xiàn)，校園內(nèi)的苯系物濃度遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)，苯系物的濃度來源非常廣泛，例如汽車尾氣、燃燒、油氣涂料等，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，家具和油漆涂料是城市地區(qū)苯系物的主要來源，因此，我們建材市場(chǎng)內(nèi)部分油漆涂料地區(qū)苯系物濃度偏高。

利用EPA健康模式評(píng)估該建材市場(chǎng)內(nèi)苯系物的致癌風(fēng)險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)，其結(jié)果如下表：

由表中結(jié)果我們可以發(fā)現(xiàn)，該環(huán)境內(nèi)所有地點(diǎn)的苯的致癌風(fēng)險(xiǎn)均大于EPA安全限值（ 1. 00×10-6 ），其中，民樂建材內(nèi)的苯的致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，為1.09×10-5 .苯系物的非致癌風(fēng)險(xiǎn)的總和低于1，因此，這說明該環(huán)境內(nèi)苯的致癌風(fēng)向超過安全限值，有一定的風(fēng)險(xiǎn)，需要加強(qiáng)措施，減少該環(huán)境內(nèi)的苯系物排放。

五、結(jié)論

通過建材市場(chǎng)內(nèi)VOCs的研究，我們發(fā)現(xiàn)該環(huán)境內(nèi)不同地點(diǎn)VOCs的濃度和組分有一定的差異。其中，室內(nèi)濃度明顯高于室外環(huán)境，組分方面則是烷烴所占的比例最高，各組分的濃度不同，表明其來源有所不同。苯系物的檢測(cè)結(jié)果顯示，對(duì)比國家標(biāo)準(zhǔn)而言，該環(huán)境內(nèi)樣品苯系物濃度較低，此外，EPA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型結(jié)果顯示，建材城內(nèi)苯的致癌風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于安全限值，長(zhǎng)期處于該環(huán)境中，有一定致癌風(fēng)險(xiǎn)。其苯系物的非致癌風(fēng)險(xiǎn)低于1，該環(huán)境內(nèi)

甲苯和二甲苯的對(duì)健康影響較小。

六、致謝

在整個(gè)課題的研究過程中，非常感謝中科院大氣物理研究所吳方堃老師、孫杰老師在VOCs檢測(cè)上給我的幫助和指導(dǎo)。感謝學(xué)校給我們提供了這樣一個(gè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)！

參考文獻(xiàn)

[1]解鑫， 邵敏， 劉瑩 大氣揮發(fā)性有機(jī)物的日變化特征及在臭氧生成中的作用——以廣州夏季為例[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 2009（01）：54-62.

[2]鄂勇， 宋國利， 張穎，等. 碳黑大氣顆粒物的環(huán)境效應(yīng)[J]. 地球與環(huán)境， 2006， 34（001）：000061-64.

[3]龔幸頤， 白郁華， 虞江平. 北大園區(qū)室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）的研究[J]. 環(huán)境科學(xué)研究， 1998， 000（006）：52.

[4]楊婷， 李紅， 單玄龍，等. 北京市典型城區(qū)環(huán)境空氣中苯系物的污染特征，人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與來源分析[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)， 2017（5）.

[5]張林， 戴樹桂， 宋麗香，等. 室內(nèi)空氣中芳香烴的測(cè)定與污染源模擬[J]. 環(huán)境科學(xué)， 1998（05）：63-65.

作者簡(jiǎn)介：鄧聞喆（2004-7月-25日），民族：漢，性別：男，籍貫：湖北省應(yīng)城市。